淺談自動配料控制系統在青鋼焦化廠的應用

薄 宇

（太原重工技術中心焦化所，山西 太原 030024）

概述

青島特殊鋼鐵有限公司新建焦爐工程，是青鋼技術改造和結構調整中的重點工程，備煤系統的任務是將外來煉焦煤進行貯存、加工成符合焦爐生產要求的裝爐煤。本系統是為2×65孔炭化室高度為7 m的頂裝焦爐制備裝爐煤，日處理煉焦煤料約6 575 t（含水份約10%），年處理煤量約240萬t（濕）。根據煤源、煤質情況，備煤車間采用配煤→篩分粉碎→混合工藝流程。整個系統由貯配煤槽（包括沉淀池）、篩分室、粉碎機室、混合機及焦油渣添加站、煤焦制樣室（包含小焦爐試驗室）、帶式輸送機通廊及轉運站等生產設施組成。

貯配煤裝置為雙排16個Φ18 m直徑的貯槽，每個貯槽共2×2個雙曲線斗嘴，其貯量約為7 500 t／槽，總貯量約12萬t，相當于2×65孔7.0 m焦爐約18晝夜的用煤量。由綜合料場或碼頭直接運來的煉焦用各單種煤，根據煤種的不同，由槽頂的卸料車分別布入各自的貯槽中。

按照工藝要求，備煤系統采用電子秤自動配料系統進行自動配煤。

1 自動配料系統

本工程共有16個筒倉，并排布置，每排8個筒倉；共有4條輸送皮帶，每排筒倉下設2條皮帶；每個筒倉下有4個下料口，每個下料口由空氣炮、電液動平板閘門、圓盤給料機、秤量配料皮帶機（兩個圓盤給料機對應一條秤量配料皮帶機）組成。

整個系統由2臺工控機、1套西門子S7－300PLC及32套單回路閉環控制系統組成；每個閉環控制回路由現場的圓盤給料機、稱量帶式輸送機、秤體、傳感器、秤重控制器、變頻器等組成。

該配煤系統可分為下列兩大部分：

1）現場設備。現場設備包括空氣炮、電液動平板閘門、圓盤給料機、秤量配料皮帶機、秤體、稱重傳感器、速度傳感器、現場操作箱和標定砝碼等。

2）控制室設備。控制室設備包括秤重控制器、PLC、工控機及變頻器柜等，另外還配有打印機。

2 技術參數

2.1 原料狀況

精煤。物料粒度：0～80 mm；物料散密度：800 kg／m3；物料水分約為10%；物料溫度：常溫；給料方式：圓盤給料；圓盤給料電機：15 k W（變頻調速，64臺）。

2.2 稱量帶式輸送機

共需要32臺。其中，輸送帶寬度：1 000 mm；輸送機能力：20～100 t／h；輸送機速度：0～0.5 m／s；輸送機傾斜角度：0°；輸送機頭、尾滾筒中心距約為11 500 mm；稱量帶式輸送機電機：7.5 k W。

2.3 電子皮帶秤

共需要32臺，它們都采用日本大和ICS型電子皮帶秤，含秤體、稱重傳感器、測速器、二次儀表及手操箱、配套信號電纜。其中，計量精度：0.5%；重復性誤差：0.25%；輸出4～20 mA 瞬時流量信號、輸出累計量脈沖信號；采用全密封充氮的稱重傳感器；檢測皮帶速度的脈沖發生器采用無觸電結構；零點和量程采用內部數字量設定；RS485串口通訊。

3 控制系統

3.1 工作原理

配煤槽里的煤料通過電液動平板閘門落到圓盤給料機、稱量皮帶機上，當物料通過計量皮帶機的有效稱量段時，物料的重量通過框架作用在稱重傳感器上，稱重傳感器產生與重量成正比的電壓信號。同時安裝在回程皮帶上的測速器將皮帶的速度信號轉換成脈沖信號［1］。演算調節器接收到這兩種信號后經運算發出測定信號，并將測定信號與預先設定的信號進行比較，其偏差值經PI調節后發出控制信號，通過PLC、變頻器改變驅動電機轉數，調節計量皮帶機運行速度，完成定量給料，見圖1。

圖1 配料系統配置示意圖

3.2 控制方式

工控機對各回路的數據進行集中管理，PLC實現圓盤給料機、秤量配料皮帶機的順序啟停、報警以及模擬量的輸入、輸出，實現系統自動、半自動及手動控制。

1）自動：由工控機設定參數、發出操作命令，通過PLC內部程序實現系統的自動控制。

2）半自動：當工控機故障時，由秤重控制器代替工控機輸入參數、發出操作命令，通過PLC內部程序實現系統的半自動控制。

3）手動：當半自動系統也發生故障時，可通過現場操作箱，實現手動控制。

3.3 執行機構

本系統執行機構由電液動平板閘門、圓盤給料機、空氣炮、稱量配料皮帶機組成。稱量配料皮帶機將比較后的信號通過RS485串口反饋給PLC，該信號經過PLC內部程序處理并通過Profibus-DP總線控制圓盤給料機電機的轉速，進而調節圓盤的下料量。

3.4 工控機的功能

根據青鋼焦爐工程對配煤系統的控制要求，配煤系統的電控操作界面能實現以下功能：

1）實現32套單回路閉環控制系統的單獨控制及順序控制。

2）同時顯示各配料秤和給料裝置的工作狀態、物料名稱、瞬時流量、百分比、累計流量、皮帶速度、設定值以及自動配煤系統總的設定值、配煤比、總瞬時流量、總累計量；另外還應有時間顯示（年、月、日、時）。

3）通過鍵盤可以進行配料參數的設定；顯示出故障來源及處理措施。

4）設計有工頻、變頻切換功能。采用西門子G120系列變頻器，圓盤給料機為變頻電機，并有圓盤減速機潤滑油泵、強迫風冷電機回路，并與主電機進行聯鎖。

3.5 系統特點

本套系統配置有UPS電源，在UPS故障時可切換至旁路電源供電，確保控制系統的供電。圓盤給料機設計有工頻、變頻切換功能。采用西門子G120系列變頻器，圓盤給料機為變頻電機，并有圓盤減速機潤滑油泵、強迫風冷電機回路，并與主電機進行聯鎖。PLC控制系統預留與焦化廠上位計算機的OPC開放式數據接口，用于與生產過程管理系統數據通訊。

定量給料機具有零點自動校驗功能，零點、量程全部采用數字式調整、簡單、易行、直觀；儀表采用比例度量方式，傳感器采用六線制；可根據需要選擇瞬時值控制或累計值控制；有多種報警信號輸出。

計量裝置采用雙UB2傳感器單輥計量方式。安裝維護簡便，動態響應快、無滯后，即使有一個傳感器發生故障仍能工作。UB2傳感器（日本大和），采用高強度合金鋁應變體，金屬全封密充惰性氣體工藝，非直線性測試和溫度補償等工藝過程，全部采用計算機進行計算和控制，精度高、質量可靠，在正常使用情況下，可保壽命15年。

高精度演算調節器CFC-200C型（日本大和）采用了先進的模擬放大器系統及數字控制系統，從而使儀表的穩定性及可靠性得到充分的提高。

測速器采用無觸點結構的數字編碼器TV150 N。

采用閉環控制，系統的響應速度快，可以得到較高的控制精度。

由于采用控制計量皮帶機速度的方式來達到定量給料的目的，所以皮帶上的負荷幾乎接近于恒定。因此皮帶張力變化很小，系統的精度很高。具有8年停電記憶功能（測定值和設定值）［2］。

4 結語

相對于其他國產定量給料機，本套系統采用進口稱重傳感器、控制器及先進的數據處理方式，更能準確地反映實際的給料量，從而可以更好地監控物料的信息及控制物料的流量，實現自動平穩的給料。

［1］ 姜建芳.西門子S7-300／400 PLC工程應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［2］ 崔堅，李佳.西門子工業網絡通信指南［M］.北京：機械工業出版社，2005.